【正文】 ，低速運動平穩(wěn)性好，位移精度和定位精度高。近年來數(shù)控機床愈來愈多地采用由專業(yè)廠家生產(chǎn)的直線滾動導軌副或滾動導軌塊。直線滾動導軌副結構在第六章已介紹過，這里簡要介紹一下滾動導軌塊結構。當運動部件移動時，滾柱3在支承部件的導軌與本體6之間滾動，同時繞本體6循環(huán)滾動。654321圖813 滾動導軌塊結構1—防護板 2—端蓋 3—滾珠 4—導向片 5—保護架 6—本體五、其它裝置 （一）刀具系統(tǒng) 目前數(shù)控機床正向著工序和功能集中型的加工中心方向發(fā)展。 自動換刀系統(tǒng)的結構形式隨加工中心的類型不同而有所不同。其特點是結構簡單、緊湊，但空間利用率低，刀庫容量小。 3．刀庫一機械手式 目前大量使用的是這種自動換刀系統(tǒng)。當需要使用某一刀具時，首先在刀庫中選刀，之后自動將刀換到主軸上。這種結構形式主軸的剛度高，刀具的存儲量大。排屑裝置的作用就是將切屑從加工區(qū)域排送到數(shù)控機床之外。有的數(shù)控機床切屑不能直接落入排屑裝置，常常需要用大流量冷卻液將其沖入排屑槽中。它具有結構簡單、造價低、維修調試方便、運行維護費用低等優(yōu)點，但由于受步進電機矩頻特性及精度、進給速度、力矩三者之間互相制約，其性能的提高受到限制，故用于數(shù)控線切割機床及一些速度和精度要求不高的經(jīng)濟型數(shù)控機床中，同時也廣泛應用于普通機床的數(shù)控化改造。如圖814所示，它主要由微機、進給驅動、主軸驅動、開關量控制、通信接口及軟件等部分組成。經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)常采用單片機為主控微機，如 Intel公司的 8038098等。但 8031位處理功能很強，很適合于開關量控制。在經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)中，步進電動機一般為功率式步進電動機，其驅動主要有高低壓驅動、恒流斬波驅動等形式。數(shù)控系統(tǒng)中的微機根據(jù)數(shù)控程序中的S（主軸轉速）指令，求出主軸轉速給定值，并將給定值傳送給主軸驅動裝置，由主軸驅動裝置實現(xiàn)對主軸的控制。 5．通信接口：一般指RS232C接口，完成數(shù)控系統(tǒng)與微機的通信。二、標準型數(shù)控系統(tǒng) 標準型數(shù)控系統(tǒng)又稱為全功能數(shù)控系統(tǒng)，這是相對于經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)而言的。機床電器控制主軸電機進給伺服電機位置檢測可編程控制通信設備輸出設備輸入設備進給驅動裝置主軸驅動裝置微機系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng) 標準型數(shù)控系統(tǒng)一般是由程序的輸入／輸出設備、通信設備、微機系統(tǒng)、可編程控制器、主軸驅動、進給驅動及位置檢測等組成，如圖815所示。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，微機控制系統(tǒng)的CPU芯片也逐步由8086發(fā)展到8058PII、PIII等，而且由單微處理器系統(tǒng)向多微處理器系統(tǒng)方向發(fā)展。按數(shù)控系統(tǒng)中PLC的配置方式可分為內裝型 PLC和外裝型PLC，現(xiàn)代CNC系統(tǒng)一般均采用內裝型PLC?，F(xiàn)代數(shù)控機床主軸電機大多采用交流電機，相應的驅動裝置為變頻器。 進給伺服系統(tǒng)一般由速度控制與位置控制兩個控制環(huán)節(jié)組成，CNC根據(jù)位置控制單元的信息，處理并形成控制信號通過速度控制單元完成速度控制。位置檢測裝置主要采用光電編碼器和光柵尺等，其作用就是配合主軸驅動裝置和進給驅動裝置完成位置的控制。三、開放式數(shù)控系統(tǒng) 目前數(shù)控機床上所使用的數(shù)控系統(tǒng)多是封閉式的專用系統(tǒng)，在控制軟件開發(fā)上缺乏持久開發(fā)的能力，很難進行高可靠性的軟件擴展，無法滿足用戶對其進行二次開發(fā)的需要。 開放式數(shù)控系統(tǒng)是將計算機軟件技術、硬件技術、信息技術、控制技術融入數(shù)控技術的產(chǎn)物，它具如下特點： 1．開放式數(shù)控系統(tǒng)具有硬件無關性，可選用通用計算機作為控制機，且用戶可根據(jù)需要任意添加應用模塊。 3．開放式數(shù)控系統(tǒng)和機床驅動部分之間有多種國際標準數(shù)字通信接口和通信協(xié)議，其通信具有高可靠性、大信息量和高傳輸速率，可進行多軸數(shù)控機床或數(shù)控生產(chǎn)線的控制。 2．歐盟提出的“自動化系統(tǒng)中的開放式控制系統(tǒng)體系結構”O(jiān)SACA（ Open System Architecture for Controls within Automation System）。 PMAC（Programmable Multi－Axis Controller）多軸控制器是基于OMAC方式的控制器，是美國 Delta Tau Data System公司研制開發(fā)的一種建立在PC機平臺上的完全開放體系結構的控制器，其新產(chǎn)品TORBO　PMAC可以控制32根軸，CPU速度達150MHz。第四節(jié)　數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)一、伺服系統(tǒng)及數(shù)控機床對其要求數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)一般由伺服電路、伺服驅動裝置、機械傳動機構及執(zhí)行部件組成，是聯(lián)接數(shù)控機床的CNC裝置與機械本體的關鍵部分了，主要分為進給伺服系統(tǒng)和主軸伺服系統(tǒng)兩大類。而對于進給伺服系統(tǒng)，一般應滿足以下基本要求： 1）精度高：為了保證數(shù)控機床的加工精度，要求伺服系統(tǒng)具有足夠高的定位精度。 2）響應快：快速響應是伺服系統(tǒng)動態(tài)性能，反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。 3）調速范圍寬：由于工件材料、刀具以及加工要求各不相同，要保證數(shù)控機床在任何情況下都能得到最佳切削條件，伺服系統(tǒng)就必須有足夠的調速范圍。 4）系統(tǒng)可靠性好：數(shù)控機床的使用率要求很高，有時要求24小時連續(xù)工作不停機，因而要求其工作要可靠。二、常用驅動元件 （一）步進電機步進電機是一種將電脈沖信號轉換成機械角位移的轉換裝置，是開環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件。當無脈沖時，轉子保持原有位置不變而處于定位狀態(tài)。變 頻信號源脈 沖分配器功 率放大器步進電機指令 由于步進電機的角位移量和輸入脈沖的個數(shù)成正比，旋轉方向與通電相序有關，因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率和電機繞組的通電相序，即可獲得所需的轉角大小、轉速和方向。圖816為步進電機的驅動電路框圖，它由變頻信號源、脈沖分配器、功率放大器和步進電動機等組成。 變頻信號源是一個頻率從幾赫茲到幾萬赫茲的頻率連續(xù)可調的脈沖信號發(fā)生器，它按照運行指令把不同頻率的脈沖輸送到脈沖分配器，對步進電動機實行各種運行狀態(tài)的控制。脈沖分配器輸出的脈沖經(jīng)功率放大器放大后而驅動步進電機工作。因此，20世紀60年代初期出現(xiàn)了小慣量直流伺服電機，70年代初出現(xiàn)了大慣量直流伺服電機（又稱寬調速電動機）。1．小慣量直流伺服電機小慣量直流伺服電動機是為了提高伺服系統(tǒng)的快速響應特性而研制的，它由一般的直流電機演變而來，但其轉子與一般的直流電機的轉子不同：一是它的轉子長而直徑?。欢撬霓D子是光滑無槽的鐵心，線圈直接用絕緣粘合劑粘在鐵心表面上。但因為這種電機轉子的慣量小，因而過載能力低。這種伺服電機在早期的數(shù)控機床上得到了廣泛應用。從而提高了電機的瞬時加速力矩，改善了其動態(tài)響應能力。目前在各種直線伺服電機中，寬調速直流伺服電機是應用最廣的一種。 （三）交流伺服電機 盡管直流伺服電機具有優(yōu)良的調速性能，但由于它的電刷和換向器易磨損，換向有時會產(chǎn)生火花，使電機的最高轉速受到限制，且直流伺服電機結構復雜、成本較高，因而在使用上受到一定限制。 交流伺服電機可分為同步交流伺服電機和異步交流伺服電機兩大類。同步交流伺服電機的磁勢源可以是電磁式、永磁式和反應式等多種，在數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)中多采用永磁式同步伺服電機。因此，為了提高數(shù)控機床的加工精度，必須提高檢測元件和檢測系統(tǒng)的精度。 1）速度反饋和位置反饋：速度反饋是用來測量和控制運動部件的速度。 2）增量式和絕對式：增量式檢測只測位移的增量，每移動一個測量單位就發(fā)一個測量信號，其特點是結構簡單。絕對式檢測則無此缺點，任何位置都由一固定值與之對應，但結構復雜。檢測精度取決于測量單位，檢測裝置比較簡單，脈沖信號抗干擾能力強。 檢測元件的種類型也很多，如可分為旋轉型和直線型，接觸式和非接觸式，電磁式、感應式、光電式和光柵式等。第五節(jié)　數(shù)控編程一、數(shù)控編程的基本概念 數(shù)控機床是按照事先編制好的零件加工程序自動地對工件進行加工的高效自動化設備。編制程序時，應先對圖紙規(guī)定的技術要求、零件的幾何形狀、尺寸及工藝要求進行分析，確定加工方法和加工路線，再進行數(shù)學計算，獲得刀位數(shù)據(jù)。這種從零件圖的分析到制成控制介質的全部過程叫數(shù)控編程。 （一）手工編程 利用一般的計算工具，通過各種數(shù)學方法，人工進行刀具軌跡的運算，并進行指令編制。 （二）自動編程 利用通用的微機及專用的自動編程軟件，以人機對話方式確定加工對象和加工條件，自動進行運算和生成指令。目前中小企業(yè)普遍采用這種方法，編制較復雜的零件加工程序效率高，可靠性好。 （三）CAD/CAM 利用CAD/CAM系統(tǒng)進行零件的設計、分析及加工編程。第六節(jié)　Roeders RHP800　三軸數(shù)控超高速加工中心一、 機床的機械結構1．機床布局及主要技術參數(shù)12376548RHP800是Roeders公司新近推出的三軸數(shù)控超高速加工機床，可進行高速強力切削，且具有非常高的加工精度。圖816 Roeders RHP800三軸超高速加工中心外觀及結構圖1—操作面板 2—X向導軌 3—工作臺 4—Z向導軌5—Y向導軌 6—電主軸 7—盤式刀庫 3—床身機床主要技術參數(shù)如下： 行程：800750500mm 進給速度：80000mm/min 工作臺到主軸頭距離：550mm 工作臺面積：900838mm 工作臺最大負荷：800kg 工作臺類型：T型槽/3R工作臺 主軸：Fisher MFW1412/36：36000rpm(17kw) 刀具：最大直徑20mm，最大長度200mm，刀庫30位 鐳射對刀自動補償?shù)毒咧睆?長度：標準件 機床重量：16000kg 2．機械結構特點 1) 機床主體為全鑄鐵龍門架結構，不會因溫差變化導致機床不同部位膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生誤差。 3) 全機床采用擁有專利的正氣壓風冷衡溫技術，維護方便，精度高，配合機床背部的吸塵裝置，確保機床適合石墨及玻璃纖維等粉塵加工，真正做到硬鋼、鋁、銅、石墨四合一高速加工。 5) 各軸導軌為液體靜壓導軌，液壓系統(tǒng)的油溫保持在一個穩(wěn)定的水平上，而且機床的溫度也是穩(wěn)定的，從而保證機床可獲得一個高的靜態(tài)和動態(tài)精度。RMS6系統(tǒng)基于Windows平臺，同時也可提供用于直接編寫刀具軌跡的CAM系統(tǒng)。三、 伺服驅動三個坐標方向的進給均采用AC伺服電機驅動，其響應速度快、精度高，各軸的最高進給速度可達80m/min。四、 數(shù)控編程操作介面為Window NT /2000，可在加工時編程，軟件安裝簡單容易，所有機器功能都集成在一個界面上(如圖818所示)，操作方便，且可對機床進行搖控操作。編程軟件精度高，具有直接ISO處理程序。2 數(shù)控機床有哪些基本組成部分？3 請簡要敘述數(shù)控機床的加工特點和發(fā)展趨勢。7 為了保證數(shù)控機床的加工質量與可靠性，伺服系統(tǒng)應滿足哪些基本條件？8 什么是開放式數(shù)控系統(tǒng)，它具有什么特點？參 考 文 獻[1] 方 沂．數(shù)控機床編程與操作．北京：國防工業(yè)出版社，1999[2] 楊有君．數(shù)字控制技術與數(shù)控機床．北京：機械工業(yè)出版社，1999[3] 王侃夫．機床數(shù)控技術基礎．北京：機械工業(yè)出版社，2001[4] 張伯霖，楊慶東，陳長年．高速切削技術及應用．北京：機械工業(yè)出版社，2002[5] 艾 興．高速切削加工技術．北京：國防工業(yè)出版社，2003[6] 郭 力，李 波．機床高速電主軸的原理與應用．磨床與磨削，2000（4）：4447[7] 孟 彬，杜世昌，王乾廷．高速電主軸技術的研究．電氣技術與自動化，2003（1）：565827 / 2